Gas de cobertura en la fusión secundaria del aluminio
Ventajas de una atmósfera inerte
Introducción
En el ámbito de la fusión, el refinado y el reciclado del aluminio secundario, la utilización de gas de recubrimiento es una técnica fundamental para mejorar la eficacia del proceso y la calidad del producto. El gas de cobertura, esencialmente una capa de gas inerte, sirve para proteger el aluminio fundido de los efectos perjudiciales de la interacción con el oxígeno atmosférico, mitigando la oxidación y la formación de escoria. El objetivo de este resumen técnico es proporcionar a los supervisores y técnicos de fundición un conocimiento exhaustivo de las aplicaciones del gas de recubrimiento, que abarque la selección del gas, el volumen, los caudales, el equipamiento del horno, así como los beneficios y peligros asociados. Se hará especial hincapié en la integración de las capacidades de gas de recubrimiento en las bombas de circulación y transferencia, simplificando el sistema de suministro de gas de recubrimiento.
Tipo de gas
La selección de un gas de cobertura adecuado depende de los requisitos específicos de la operación de fusión del aluminio. Entre los gases más utilizados se encuentran el nitrógeno (N2), el argón (Ar) y sus mezclas. Mientras que el nitrógeno ofrece viabilidad económica, la mayor inercia y densidad del argón(1) lo hacen preferible para la producción de aluminio de alta calidad.
Volumen y caudal de gas
El volumen de gas de recubrimiento necesario depende de las dimensiones del horno y del nivel deseado de aislamiento atmosférico. En el caso del nitrógeno se recomienda un volumen de gas suficiente para crear una presión positiva en el espacio de cabeza del horno, debido a su densidad neutra en relación con el aire. Debido a su mayor densidad, el argón se hundirá y desplazará al aire en la superficie del baño fundido. Los caudales deben regularse para mantener un manto de gas constante, minimizando al mismo tiempo el consumo excesivo de gas.
Equipamiento de hornos
El reequipamiento de un horno para el funcionamiento con gas de cobertura requiere la instalación de un sistema de suministro de gas compuesto por una fuente de gas, reguladores de presión, caudalímetros y lanzas de distribución. El horno debe estar equipado con un mecanismo de sellado para evitar fugas de gas y garantizar un aislamiento atmosférico eficaz. Dado que los índices de formación de escoria son más elevados en las zonas con mayor turbulencia superficial (y, por tanto, con mayor superficie expuesta a la atmósfera), el uso de gas de recubrimiento en el pozo de bombeo, el pozo de carga y el recipiente de vórtice proporciona el mayor impacto en la reducción general de escoria.
Equipamiento del horno con bombas de gas de cubierta integradas
Mientras que los sistemas tradicionales de suministro de gas de recubrimiento suelen depender de lanzas u otros mecanismos de dispersión, los avances en la tecnología de bombas han permitido integrar las capacidades de gas de recubrimiento directamente en las bombas de circulación y transferencia. Este enfoque innovador elimina la necesidad de equipos adicionales de distribución de gas, racionalizando la configuración del horno y mejorando la eficiencia operativa. High Temperature Systems ofrece opciones de gas de recubrimiento tanto para bombas de transferencia como de circulación(2). Estas bombas utilizan una exclusiva combinación de soporte del eje/recinto con una purga de gas inerte que mantiene el eje en una atmósfera inerte, reduciendo la generación de escoria en la interfaz entre el eje giratorio y la línea metálica. Las bombas de gas de recubrimiento también proporcionan gas de recubrimiento al pozo de la bomba mediante el venteo de la carcasa del eje por debajo de la línea metálica.
Bomba cerrada con soporte de eje cerrado
La bomba de tipo cerrado tiene un eje cerrado que se aloja en un manguito protector refractario. Aunque esto impide un fácil acceso para su inspección y limpieza, la bomba está equipada opcionalmente con una alimentación de gas inerte.
Ventajas de la aplicación del gas de recubrimiento
Reducción de la oxidación y la formación de escoria: El principal beneficio del gas de recubrimiento reside en su capacidad para reducir la oxidación del aluminio y la consiguiente generación de escoria.
Mayor limpieza de la masa fundida: Al minimizar la interacción atmosférica, el gas de recubrimiento contribuye a mejorar la limpieza de la masa fundida, lo que se traduce en productos de fundición superiores con porosidad reducida y propiedades mecánicas mejoradas.
Mayor eficiencia energética: El aislamiento proporcionado por la manta de gas de cobertura sirve para reducir las pérdidas de calor de la superficie de fusión fuera del hogar en la bomba y los pozos de carga, aumentando la eficiencia energética y reduciendo los costes operativos.
Suministro de gas simplificado: La integración de las capacidades de gas de cobertura en las bombas agiliza la configuración del horno, reduciendo la complejidad del equipo y los requisitos de mantenimiento.
Peligros de las aplicaciones de gas de recubrimiento
Asfixia: El desplazamiento del oxígeno por el gas de cobertura dentro del espacio de cabeza del horno supone un riesgo de asfixia. Una ventilación adecuada y la utilización de sistemas de monitorización del oxígeno son cruciales para mitigar este peligro. El apagado del gas inerte antes del mantenimiento reduce este riesgo.
Atrapamiento de gas: Aunque poco probable, un suministro inadecuado de gas o una agitación insuficiente durante la operación de desgasificación pueden provocar el atrapamiento de gas en el aluminio fundido, lo que puede dar lugar a defectos de fundición y comprometer la integridad del producto. Un control cuidadoso del proceso y el cumplimiento de los procedimientos establecidos son esenciales para evitar que esto ocurra.
Conclusión:
La implementación de la tecnología de gas de recubrimiento en las operaciones de fusión de aluminio secundario, especialmente con la integración de las capacidades de gas de recubrimiento en las bombas, presenta una multitud de ventajas, incluyendo la reducción de la oxidación, la mejora de la limpieza de la masa fundida, la mejora de la eficiencia energética y la simplificación del suministro de gas. Al comprender los matices técnicos de las aplicaciones de gas de recubrimiento e implementar las mejores prácticas, los supervisores y técnicos de fundición pueden aprovechar todo el potencial de esta tecnología para optimizar los procesos de fundición de aluminio y lograr una calidad de producto superior.
Notas a pie de página:
(1) El peso específico del argón es aproximadamente un 27% mayor que el del aire a 730C o 1350F.
(2) Bomba de eje cerrado. La bomba de tipo cerrado tiene un eje cerrado que se aloja en un manguito protector refractario. Aunque esto impide un fácil acceso para inspección y limpieza, la bomba está equipada opcionalmente con una alimentación de gas inerte.